二元冷凍サイクル装置
【課題】ＣＯＰを高め、より少ない電力でより高い加熱能力が得られる二元冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】当該装置のＣＯＰが最大となるときの低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または高温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和蒸発温度を最適値として予め保持し、実際の飽和凝縮温度または飽和蒸発温度が上記最適値となるよう、低温側圧縮機および高温側圧縮機の運転周波数を調整する。
【解決手段】当該装置のＣＯＰが最大となるときの低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または高温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和蒸発温度を最適値として予め保持し、実際の飽和凝縮温度または飽和蒸発温度が上記最適値となるよう、低温側圧縮機および高温側圧縮機の運転周波数を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、２つの冷凍サイクルをカスケード接続した二元冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カスケード接続した２つの冷凍サイクルを備え、一方の冷凍サイクルの運転により例えば外気から熱を汲み上げ、その汲み上げ熱を他方の冷凍サイクルの運転によりさらに加熱した状態で利用側へ供給する二元冷凍サイクル装置が開発され、製品化されつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７１１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２つの冷凍サイクルが連係運転する二元冷凍サイクル装置では、エネルギー消費効率いわゆるＣＯＰ（Coefficient Of Performance）を高め、より少ない電力でより高い加熱能力が得られることが望まれる。
【０００５】
本発明の実施形態の目的は、ＣＯＰを高め、より少ない電力でより高い加熱能力が得られる二元冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の二元冷凍サイクル装置は、低温側圧縮機、カスケード熱交換器の低温側流路、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルと、高温側圧縮機、水・冷媒熱交換器の冷媒側流路、減圧器、前記カスケード熱交換器の高温側流路を冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、負荷側の水を前記水・冷媒熱交換器の水側流路に通す水回路と、当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または前記高温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和蒸発温度を前記水・冷媒熱交換器への入水温度および外気温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを予め保持し、実際の入水温度および外気温度に基づく前記データテーブルの参照により前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度の最適値を求め、実際の前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度が前記最適値となるよう、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機の運転能力を調整する制御手段と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】各実施形態の構成を示す図。
【図２】各実施形態における各冷凍サイクルのモリエル線図。
【図３】各実施形態におけるカスケード温度とＣＯＰの対応を示す図。
【図４】第２の実施形態の制御を示すフローチャート。
【図５】第２の実施形態における最大加熱能力時の外気温度と各運転周波数の関係を示す図。
【図６】第２の実施形態における最大加熱能力時の外気温度と運転周波数比率の関係を示す図。
【図７】第２の実施形態においてカスケード温度を最適値に維持したまま運転周波数を最低値まで下げた場合の外気温度と運転周波数の関係を示す図。
【図８】第２の実施形態においてカスケード温度を最適値に維持したまま運転周波数を最低値まで下げた場合の外気温度と運転周波数比率の関係を示す図。
【図９】第３の実施形態の制御を示すフローチャート。
【図１０】第４の実施形態の制御を示すフローチャート。
【図１１】第５の実施形態の制御を示すフローチャート。
【図１２】第５の実施形態におけるカスケード温度の調節とそれに伴うＣＯＰの変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［１］第１の実施形態について説明する。
図１において、１は二元冷凍サイクル装置で、低温側冷凍サイクル１０、高温側冷凍サイクル２０、および水回路３０を有する。
【０００９】
低温側冷凍サイクル１０は、低温側圧縮機１１、四方弁１２、カスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａ、レシーバ１４、減圧器例えば電動膨張弁１５、空気熱交換器１６、上記四方弁１２、およびアキュームレータ１７を冷媒配管により連通したヒートポンプ式冷凍サイクルであり、空気熱交換器１６と対向する位置にファン１８を配置している。低温側圧縮機１１の吐出口から吐出される冷媒は、矢印で示すように、四方弁１２を通ってカスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａに流れ、そこで凝縮する。このカスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａを経た冷媒は、レシーバ１４および電動膨張弁１５を通って空気熱交換器１６に流れ、そこで蒸発する。そして、空気熱交換器１６を経た冷媒は、四方弁１２およびアキュームレータ１７を通って低温側圧縮機１１の吸込口に吸込まれる。すなわち、カスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａが凝縮器、空気熱交換器１６が蒸発器として機能することにより、外気から熱を汲み上げてそれを高温側冷凍サイクル２０に供給する。
【００１０】
この低温側冷凍サイクル１０において、低温側圧縮機１１の吐出口と四方弁１２との間の冷媒配管に、吐出冷媒の圧力Ｐｄ-Lを検知する冷媒圧力センサ５１を取付ける。カスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａとレシーバ１４との間の冷媒配管に、カスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａから流出する冷媒の温度Ｔｆ-Lを検知する冷媒温度センサ５２を取付ける。ファン１８の吸込み風路に、外気温度Ｔｏを検知する外気温度センサ５３を取付ける。四方弁１２とアキュームレータ１７との間の冷媒配管に、低温側圧縮機１１への吸込み冷媒の温度Ｔｓ-Lを検知する冷媒温度センサ５４を取付ける。アキュームレータ１７と低温側圧縮機１１の吸込口との間の冷媒配管に、吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Lを検知する冷媒圧力センサ５５を取付ける。
【００１１】
高温側冷凍サイクル２０は、高温側圧縮機２１、四方弁２２、水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａ、レシーバ２４、減圧器例えば電動膨張弁２５、上記カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂ、上記四方弁２２、およびアキュームレータ２７を冷媒配管により連通したヒートポンプ式冷凍サイクルである。高温側圧縮機２１の吐出口から吐出される冷媒は、矢印で示すように、四方弁２２を通って水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａに流れ、そこで凝縮する。この水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａを経た冷媒は、レシーバ２４および電動膨張弁２５を通ってカスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂに流れ、そこで蒸発する。そして、カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂを経た冷媒は、四方弁２２およびアキュームレータ２７を通って高温側圧縮機２１の吸込口に吸込まれる。すなわち、水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａが凝縮器、カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂが蒸発器として機能することにより、低温側冷凍サイクル１０の汲み上げ熱を吸収してそれを水回路３０に供給する。
【００１２】
この高温側冷凍サイクル２０において、高温側圧縮機２１の吐出口と四方弁２２との間の冷媒配管に、吐出冷媒の圧力Ｐｄ-Hを検知する冷媒圧力センサ６１を取付ける。水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａとレシーバ２４との間の冷媒配管に、水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａから流出する冷媒の温度Ｔｆ-Hを検知する冷媒温度センサ６２を取付ける。四方弁２２とアキュームレータ２７との間の冷媒配管に、高温側圧縮機２１への吸込み冷媒の温度Ｔｓ-Hを検知する冷媒温度センサ６４を取付ける。アキュームレータ２７と高温側圧縮機２１の吸込口との間の冷媒配管に、吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Hを検知する冷媒圧力センサ６５を取付ける。
【００１３】
上記カスケード熱交換器１３により、低温側冷凍サイクル１０と高温側冷凍サイクル２０が互いにカスケード接続されて連係状態となる。
【００１４】
水回路３０は、ポンプ３１および上記水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂを水配管により連通したもので、負荷側の水をポンプ３１の運転により水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂに通す。この水側流路２３ｂを経た水が水熱交換器４１の熱源側流路４１ａを通ってタンク４２に流れ、そのタンク４２内の水がポンプ３１の運転により水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂに流れる。水熱交換器４１の利用側流路４１ｂには、利用側の水配管が接続される。
【００１５】
この水回路３０において、ポンプ３１より上流側の水配管に、水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂへの入水温度Ｔｗｉを検知する水温度センサ７１を取付ける。水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂより下流側の水配管に、水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂからの出水温度Ｔｗｏを検知する水温度センサ７２を取付ける。
【００１６】
また、二元冷凍サイクル装置１は、制御部２、操作部３、表示部４、およびインバータ５，６，７を有する。制御部２には冷媒圧力センサ５１、冷媒温度センサ５２等の各センサが接続され、制御部２は、当該装置全体を制御する。操作部３は、運転・停止釦や温度設定釦等を含む。表示部４は、当該装置の運転状態を文字や画像で表示する。インバータ５，６，７は、商用交流電源８の交流電圧を整流し、整流後の直流電圧を制御部２からの指令に応じた周波数およびレベルの直流電圧に変換し、それを上記低温側圧縮機１１、上記高温側圧縮機２１、上記ポンプ３１に対する駆動電圧として出力する。以下、インバータ５の出力周波数のことを低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１という。インバータ６の出力周波数のことを高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２という。
【００１７】
とくに、制御部２は、主要な機能として、次の（１）（２）の制御手段を有する。
（１）水温度センサ７２で検知される流出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め設定された設定値一定となるよう、低温側圧縮機１１の運転能力（運転周波数Ｆ１に相当する）および高温側圧縮機２１の運転能力（運転周波数Ｆ２に相当する）を制御する第１制御手段。
【００１８】
（２）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときの高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度（＝高温側流路１３ｂにおける冷媒の飽和蒸発温度）Ｔe-Hを水・冷媒熱交換器２３への入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、実際に水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により上記飽和蒸発温度の最適値を求め、実際の飽和蒸発温度Ｔe-Hがその最適値となるよう、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１および高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２を調整する第２制御手段。飽和蒸発温度Ｔe-Hは、冷媒圧力センサ６５で検知される吸込み冷媒圧力Ｐｓ-Hから算出する。
【００１９】
低温側冷凍サイクル１０および高温側冷凍サイクル２０のモリエル線図を図２に示す。低温側冷凍サイクル１０における冷媒の飽和凝縮温度（＝カスケード熱交換器１３の低温側流路１３aにおける冷媒の飽和凝縮温度）Ｔｃ-Lおよび高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度Ｔｅ-Hは、互いに交差した形で近似し、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１および高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の変化に伴い上下動する。Ｓｃ-Lは、飽和凝縮温度Ｔｃ-Lとカスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａから流出する冷媒の温度Ｔｆ-Lとの差に相当する過冷却度（サブクール）である。Ｓｈ-Hは、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度（＝カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂにおける冷媒の飽和蒸発温度）Ｔｅ-Hと高温側圧縮機２１に吸込まれる冷媒の温度Ｔｓ-Hとの差に相当する過熱度（スーパーヒート）である。Ｓｃ-Hは、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和凝縮温度（＝水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３aにおける冷媒の飽和凝縮温度）Ｔｃ-Hと冷媒側流路２３aから流出する冷媒の温度Ｔｆ-Hと差に相当する過冷却度（サブクール）である。
【００２０】
二元冷凍サイクル装置１のエネルギー消費効率いわゆるＣＯＰ（Coefficient Of Performance）は、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和凝縮温度Ｔｃ−Hと低温側冷凍サイクル１０における冷媒の飽和蒸発温度Ｔｅ−Lを所定値に固定したとき、図３に示すように、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度（以下、カスケード温度という）Ｔｅ-Hに応じて変動する。また、このＣＯＰが最大となるときのカスケード温度Ｔｅ-Hは、前記飽和凝縮温度Ｔｃ−Hと飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに応じて変動する。したがって、飽和凝縮温度Ｔｃ−Hと飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに応じて、ＣＯＰが最大となるカスケード温度Ｔｅ-Hの最適値を求め、実際のカスケード温度Ｔｅ-Hがその最適値となるよう、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１および高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２を調整すればよい。しかしながら、飽和凝縮温度Ｔｃ−Hおよび飽和蒸発温度Ｔｅ−Lは、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１および高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２等が変動すると大きく変動する。そのため、飽和凝縮温度Ｔｃ−Hおよび飽和蒸発温度Ｔｅ−Lの温度変動の大きいときに、この飽和凝縮温度Ｔｃ−Hおよび飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに応じてカスケード温度Ｔｅ-Hの制御を行なうと、制御がいつまでも安定しないという不具合が生じる。そこで、飽和凝縮温度Ｔｃ−Hに代えて飽和凝縮温度Ｔｃ−Hに関係する入水温度Ｔｗｉを用い、飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに代えて飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに関係する外気温度Ｔｏを用いる。これらの入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏは、変動が少ないため、早期にカスケード温度Ｔｅ-Hを安定させることができる。
【００２１】
入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏに応じてＣＯＰが最大となるカスケード温度Ｔｅ-Hを実験により求め、求めた値を最適値として制御部２の内部メモリに予め保持している。
【００２２】
カスケード温度Ｔｅ-Hは、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２と一定とした場合、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１が増加することにより上昇し、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１が減少することにより低下する。また、カスケード温度Ｔｅ-Hは、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を一定とした場合、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ１が減少することにより上昇し、高温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１が増加することにより低下する。
【００２３】
以上のように、変化の少ない入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏに基づいて実際のカスケード温度Ｔｅ-Hがその最適値となるよう、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１および高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２を調整することにより、早期にカスケード温度Ｔｅ-Hを安定させることができ、二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを最大点まで高めることができる。これにより、より少ない電力でより高い加熱能力を高温側冷凍サイクル２０から得ることができる。
【００２４】
［２］第２の実施形態について説明する。
制御部２は、主要な機能として、次の（１１）（１２）の制御手段を有する。
（１１）水温度センサ７２で検知される出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め定められた設定値一定となるよう、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する第１制御手段。
【００２５】
（１２）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときの低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１と高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２との比率を水・冷媒熱交換器２３への入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、実際に水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により上記比率の最適値（以下、最適比率という）を求め、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２を上記第１制御手段により制御される低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１と上記最適比率とに応じた値に設定する第２制御手段。
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００２６】
制御部２の制御を図４のフローチャートを参照しながら説明する。
水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１と高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２との最適比率を求める（ステップ１０１）。
【００２７】
水温度センサ７１により検知される流出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め設定された設定値一定となるよう、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する（ステップ１０２）。このとき、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２は暫定的に所定値一定とする。
【００２８】
そして、上記制御した運転周波数Ｆ１と上記求めた最適比率とに基づく演算により、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の最適値を求める（ステップ１０３）。そして、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２を上記所定値から上記求めた最適値へと設定する（ステップ１０４）。
【００２９】
当該二元冷凍サイクル装置１の最大加熱能力時の外気温度Ｔｏと運転周波数Ｆ１，Ｆ２の関係を図５に示し、同最大加熱能力時の外気温度Ｔｏと運転周波数Ｆ１，Ｆ２の比率との関係を図６に示す。カスケード温度Ｔｅ-Hを最適値に維持したまま運転周波数Ｆ１，Ｆ２をそれぞれ最低値まで下げた場合の最低加熱能力時の外気温度Ｔｏと運転周波数Ｆ１，Ｆ２の関係を図７に示し、同最低加熱能力時の外気温度Ｔｏと運転周波数Ｆ１，Ｆ２の比率との関係を図８に示す。
【００３０】
これらのデータから、最大加熱能力時の運転周波数Ｆ１，Ｆ２の比率と最低加熱能力時の運転周波数Ｆ１，Ｆ２の比率との間にほとんど差がないことが分かる。
【００３１】
最適なカスケード温度Ｔｅ-Hを求める要素としては、利用側の負荷変動に伴う当該二元冷凍サイクル装置１の加熱能力変動の影響を受け難い入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏが最適である。すなわち、水・冷媒熱交換器２３に流入する水は、利用側のタンク４２から導かれる水であるため、利用側の水の使用量にかかわらず、温度変化が小さい。外気温度Ｔｏも、利用側の水の使用量とは関係なく、変化が小さい。
【００３２】
以上のように、変化の少ない入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏから運転周波数Ｆ１，Ｆ２の最適比率を求め、その最適比率に基づいて運転周波数Ｆ２を調整することにより、前記第１の実施形態と同様の効果を有し、二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを最大点まで高めることができる。これにより、より少ない電力でより高い加熱能力を高温側冷凍サイクル２０から得ることができ。特に、本第２の実施形態は、運転周波数Ｆ１，Ｆ２の最適比率を求め、その最適比率に基づいて運転周波数を調整するものであることから、二元冷凍サイクルでありながら、シンプルな制御を実現できる。
【００３３】
［３］第３の実施形態について説明する。
制御部２は、主要な機能として、次の（２１）〜（２３）の制御手段を有する。
（２１）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときのカスケード温度Ｔｅ-Hを入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、実際に水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第１目標値を求める第１制御手段。
【００３４】
（２２）水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め定められた設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する第２制御手段。
【００３５】
（２３）一定時間経過後に高温側圧縮機２１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Hから算出した現在のカスケード温度Ｔｅ-H を前記第１制御手段で算出した第１目標値と比較し、一致していなかった場合に、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求め、その加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記第１目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２、Ｆ１を調整する第３制御手段。
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００３６】
制御部２の制御を図９のフローチャートを参照しながら説明する。
水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第１目標値を求める（ステップ２０１）。そして、水温度センサ７２により検知される流出水温度Ｔｗｏと設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する（ステップ２０２）。このとき、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２は暫定的に所定値一定とする。
【００３７】
この運転周波数Ｆ１の制御と同時にタイムカウントｔを開始し（ステップ２０３）、そのタイムカウントｔが一定時間ｔ１に達すると（ステップ２０４のＹＥＳ）、現在の高温側圧縮機２１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Hから算出したカスケード温度Ｔｅ-H が第１目標値と一致しているかを判定する（ステップ２０５）。一定時間ｔ１は、運転周波数Ｆ１の増減が実際の加熱能力の変化として波及するまでに要する一般的な時間である。
【００３８】
一致している場合は（ステップ２０５のＹＥＳ）、ステップ２０６〜２０８の処理をスキップする。
【００３９】
不一致の場合は（ステップ２０５のＮＯ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求める（ステップ２０６）。高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを飽和蒸発温度Ｔｅ-H、過熱度Ｓｅ-H、飽和凝縮温度Ｔｃ-H、過冷却度Ｓｃ-H、および運転周波数Ｆ２をパラメータとして求めるためのデータテーブルまたは演算式が制御部２の内部メモリに予め保持されており、各パラメータの実際値に基づく同データテーブルの参照または演算式の実行により、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求めることができる。
【００４０】
続いて、上記求めた加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記第１目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め（ステップ２０７）、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する（ステップ２０８）。
【００４１】
続いて、水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏと上記設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まっているかどうかを判定する（ステップ２０９）。差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まらないうちは（ステップの２０９のＮＯ）、ステップ２０１〜２０８の処理を繰り返す。
【００４２】
差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まると（ステップ２０９のＹＥＳ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hが安定域に入ったと判断する（ステップ２１０）。
【００４３】
以上の制御により、前記第１の実施形態と同様の効果を有し、二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを最大点まで高めることができる。これにより、より少ない電力でより高い加熱能力を高温側冷凍サイクル２０から得ることができ。特に、本第３の実施形態は、カスケード温度Ｔｅ-Hをより正確に制御することができる。
【００４４】
なお、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度（＝カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂにおける冷媒の飽和蒸発温度）Ｔｅ-Hをカスケード温度として用いたが、低温側冷凍サイクル１０における冷媒の飽和凝縮温度Ｔｃ-Lをカスケード温度として用いてもよい。飽和蒸発温度Ｔｅ-Hは、冷媒圧力センサ６５で検知される吸込み冷媒圧力Ｐｓ-Hから算出できる。
【００４５】
［４］第４の実施形態について説明する。
制御部２は、主要な機能として、次の（３１）〜（３５）の制御手段を有する。
（３１）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときのカスケード温度Ｔｅ-Hを入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、実際に水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第１目標値を求める第１制御手段。
【００４６】
（３２）水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め定められた設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する第２制御手段。
【００４７】
（３３）前記低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の制御開始から一定時間経過後に高温側圧縮機２１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Hから算出したカスケード温度Ｔｅ-H を前記第１制御手段で算出した目標値と比較し、一致していなかった場合に高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求め、その加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２、Ｆ１とを調整する第３制御手段。
【００４８】
（３４）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときのカスケード温度Ｔｅ-Hを高温側圧縮機２１の吐出冷媒の圧力Ｐｄ-Hから算出される高温側冷凍サイクル２０の飽和凝縮温度Ｔｃ-Hおよび低温側圧縮機１１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Lから算出される低温側冷凍サイクル１０の飽和蒸発温度Ｔｅ−Lをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、水温度センサ７１により検知される流出水温度Ｔｗｏと設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まったとき、実際に算出される前記飽和凝縮温度Ｔｃ-Hおよび飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第２目標値を求める第４制御手段と、
（３５）前記ΔＴｗｏが一定範囲内に収まったとき、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求め、この加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記第２目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する第５制御手段。
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００４９】
制御部２の制御を図１０のフローチャートを参照しながら説明する。
水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第１目標値を求める（ステップ３０１）。そして、水温度センサ７２により検知される流出水温度Ｔｗｏと設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する（ステップ３０２）。このとき、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２は暫定的に所定値一定とする。
【００５０】
この運転周波数Ｆ１の制御と同時にタイムカウントｔを開始し（ステップ３０３）、そのタイムカウントｔが一定時間ｔ１に達すると（ステップ３０４のＹＥＳ）、現在の高温側圧縮機２１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-H から算出したカスケード温度Ｔｅ-H が目標値と一致しているかを判定する（ステップ３０５）。一定時間ｔ１は、運転周波数Ｆ１の増減が実際の加熱能力の変化として波及するまでに要する一般的な時間である。
【００５１】
一致している場合は（ステップ３０５のＹＥＳ）、ステップ３０６〜３０８の処理をスキップする。
【００５２】
不一致の場合は（ステップ３０５のＮＯ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求める（ステップ３０６）。高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを飽和蒸発温度Ｔｅ-H、過熱度Ｓｅ-H、飽和凝縮温度Ｔｃ-H、過冷却度Ｓｃ-H、および運転周波数Ｆ２をパラメータとして求めるためのデータテーブルまたは演算式が制御部２の内部メモリに予め保持されており、各パラメータの実際値に基づく同データテーブルの参照または演算式の実行により、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求めることができる。
【００５３】
続いて、上記求めた加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記第１目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め（ステップ３０７）、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する（ステップ３０８）。
【００５４】
続いて、水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏと上記設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まっているかどうかを判定する（ステップ３０９）。差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まらないうちは（ステップ３０９のＮＯ）、ステップ３０１〜３０８の処理を繰り返す。
【００５５】
差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まると（ステップ３０９のＹＥＳ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hが安定域に入ったとの判断し、高温側圧縮機２１の吐出冷媒の圧力Ｐｄ-Hから算出される高温側冷凍サイクル２０の飽和凝縮温度Ｔｃ-Hと、低温側圧縮機１１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Lから算出される低温側冷凍サイクル１０の飽和蒸発温度Ｔｅ−L に基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第２目標値を求める。（ステップ３１０）。続いて、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hをステップ３０６と同様に求める（ステップ３１１）。そして、求めた加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが第２目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め（ステップ３１２）、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する（ステップ３１３）。
【００５６】
以上の制御により、前記第１の実施の形態と同様の効果を得られ、二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを最大点まで高めることができる。これにより、より少ない電力でより高い加熱能力を高温側冷凍サイクル２０から得ることができる。特に本第４実施の形態は、出水温度Ｔｗｏと上記設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まり、加熱能力の変化やファン１８の回転数の変化が少ない安定期に移行した後に、本来の飽和凝縮温度Ｔｃ−Hと飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに応じてカスケード温度Ｔｅ-Hを制御するようにしたので、より精度の高い制御を行うことができる。
【００５７】
なお、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度（＝カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂにおける冷媒の飽和蒸発温度）Ｔｅ-Hをカスケード温度として用いたが、低温側冷凍サイクル１０における冷媒の飽和凝縮温度Ｔｃ-Lをカスケード温度として用いてもよい。飽和蒸発温度Ｔｅ-Hは、冷媒圧力センサ６５で検知される吸込み冷媒圧力Ｐｓ−Ｈから算出できる。
【００５８】
［５］第５の実施形態について説明する。
制御部２は、主要な機能として、次の（４１）〜（４６）の制御手段を有する。
（４１）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときのカスケード温度Ｔｅ-Hを入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、実際に水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの目標値を求める第１制御手段。
【００５９】
（４２）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを演算により求め、カスケード温度Ｔｅ-Hと共に内部メモリに記憶する第２制御手段。
【００６０】
（４３）水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め定められた設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する第３制御手段。
【００６１】
（４４）前記低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の制御開始から一定時間経過後に算出したカスケード温度Ｔｅ-Hを前記第１制御手段で算出した目標値と比較して一致していなかった場合に、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求め、その加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する第４制御手段。
【００６２】
（４５）水温度センサ７１により検知される出水温度Ｔｗｏと設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まったとき、記憶しているカスケード温度Ｔｅ-Hの変化量 に対するＣＯＰの変化量の割合が許容範囲内に収まっているか判定する第５制御手段。
（４６）カスケード温度Ｔｅ-H の変化量に対するＣＯＰの変化量の割合が許容範囲内に収まっていない時、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求め、カスケード温度Ｔｅ-H の変化量に対するＣＯＰの変化量の割合がＣＯＰ最大値を含む許容範囲内に収まるまで、低温側圧縮機１１と高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ１とＦ２を微調整する第６制御手段。
【００６３】
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００６４】
制御部２の制御を図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの目標値を求める（ステップ４０１）。
【００６５】
また、下式の演算により、当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを求める（ステップ４０２）。下式において、Ｗ１は低温側圧縮機１１への入力電力（＝インバータ５の出力電力）、Ｗ２は高温側圧縮機２１への入力電力（＝インバータ６の出力電力）、Ｗ３は室外ファン１８への入力電力（＝インバータ７の出力電力）である。求めたＣＯＰは、現時点のカスケード温度Ｔｅ-Hと共に内部メモリに更新記憶する（ステップ４０３）。
ＣＯＰ＝Ｈeat-H／（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）
そして、水温度センサ７２により検知される流出水温度Ｔｗｏと設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する（ステップ４０４）。このとき、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２は暫定的に所定値一定とする。
【００６６】
この運転周波数Ｆ１の制御と同時にタイムカウントｔを開始し（ステップ４０５）、そのタイムカウントｔが一定時間ｔ１に達すると（ステップ４０６のＹＥＳ）、現在のカスケード温度Ｔｅ-H が目標値と一致しているかを判定する（ステップ４０７）。一定時間ｔ１は、運転周波数Ｆ１の増減が実際の加熱能力の変化として波及するまでに要する一般的な時間である。
【００６７】
一致している場合は（ステップ４０７のＹＥＳ）、ステップ４０８〜４１０の処理をスキップする。
【００６８】
不一致の場合は（ステップ４０７のＮＯ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求める（ステップ４０８）。
【００６９】
高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを飽和蒸発温度Ｔｅ-H、過熱度Ｓｈ-H、飽和凝縮温度Ｔｃ-H、過冷却度Ｓｃ-H、および運転周波数Ｆ２をパラメータとして求めるためのデータテーブルまたは演算式が制御部２の内部メモリに予め保持されており、各パラメータの実際値に基づく同データテーブルの参照または演算式の実行により、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求めることができる。
【００７０】
続いて、上記求めた加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め（ステップ４０９）、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する（ステップ４１０）。
【００７１】
続いて、水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏと上記設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まっているかどうかを判定する（ステップ４１１）。差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まらないうちは（ステップ４１１のＮＯ）、ステップ４０１〜４１０の処理を繰り返す。
【００７２】
差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まると（ステップ４１１のＹＥＳ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hが安定域に入ったとの判断し、記憶している前回のＣＯＰおよびカスケード温度Ｔｅ-Hと現時点のＣＯＰおよびカスケード温度Ｔｅ-Hとの比較によりカスケード温度Ｔｅ-Hの変化に対するＣＯＰの変化傾向を算出する（ステップ４１２）。
【００７３】
この変化傾向に応じて、最大ＣＯＰがカスケード温度Ｔｅ-Hの上昇／下降のいずれの方向にあるのかを判断して、運転周波数Ｆ１，Ｆ２を微調整する（ステップ４１３〜４１６）。
【００７４】
より具体的には、記憶している前回のＣＯＰと現時点のＣＯＰとの差ΔＣＯＰを求めるとともに、記憶している前回のカスケード温度Ｔｅ-Hと現時点のカスケード温度Ｔｅ-Hとの差ΔＴｅ-Hを求め、これらΔＣＯＰとΔＴｅ-Hの比Ｘ（＝ΔＣＯＰ／ΔＴｅ-H）をＣＯＰの変化傾向として算出する（ステップ４１２）。続いて、この比Ｘが許容範囲（−λ≦Ｘ＜λ）に収まっているかを判定する（ステップ４１３）。許容範囲内に収まっていれば、最初のステップ４０１の処理に戻る。
【００７５】
許容範囲内に収まっていなければ、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hをステップ４０８と同様に求める（ステップ４１４）。
【００７６】
上記比Ｘが許容範囲より大きい場合（λ＜Ｘ）、カスケード温度Ｔｅ-Hの低下に伴いＣＯＰが低下したケースと、カスケード温度Ｔｅ-Hの上昇に伴いＣＯＰが上昇したケースとが考えられ、かつ現時点のＣＯＰが図１２に示す最大ＣＯＰより手前のＡ領域にあるとの判断の下に、加熱能力Ｈeat-Hのままでカスケード温度Ｔｅ-Hを微増するため、運転周波数Ｆ１の微増値ΔＦ１と、運転周波数Ｆ２の微減値ΔＦ２を算出する（ステップ４１５）。
【００７７】
上記比Ｘが許容範囲より小さい場合（Ｘ＜−λ）、カスケード温度Ｔｅ-Hの低下に伴いＣＯＰが上昇したケースと、カスケード温度Ｔｅ-Hの上昇に伴いＣＯＰが低下したケースとが考えられ、かつ現時点のＣＯＰが図１２に示す最大ＣＯＰを通り過ぎたＢ領域にあるとの判断の下に、加熱能力Ｈeat-Hのままでカスケード温度Ｔｅ-Hを微減するため、運転周波数Ｆ１の微減値ΔＦ１と、運転周波数Ｆ２の微増値ΔＦ２を算出する（ステップ４１５）。
【００７８】
続いて、この調整量ΔＦ１とΔＦ２だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを微調整する。（ステップ４１６）。次に、ステップ４０２と同一の式の演算により、当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを求める（ステップ４１７）。求めたＣＯＰは、現時点のカスケード温度Ｔｅ-Hと共に内部メモリに更新記憶する（ステップ４１８）。
【００７９】
比Ｘが許容範囲に収まるまで、この微調整を繰り返す。
【００８０】
以上の制御により、前記第１の実施形態と同様の効果を有し、二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを最大点まで高めることができる。これにより、より少ない電力でより高い加熱能力を高温側冷凍サイクル２０から得ることができる。特に本第５の実施形態は、加熱能力の調整操作を減少させながら、カスケード温度を精度よく制御することができる。
【００８１】
［６］変形例
上記各実施形態では、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度Ｔｅ-Hをカスケード温度として用いたが、低温側冷凍サイクル１０における冷媒の飽和凝縮温度（＝カスケード熱交換器の低温側流路１３ａにおける冷媒の飽和凝縮温度）Ｔｃ-Lをカスケード温度として用いてもよい。飽和凝縮温度Ｔc-Lは、冷媒圧力センサ５５で検知される吸込み冷媒圧力Ｐｓから算出できる。
【００８２】
その他、各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
１…二元冷凍サイクル装置、２…制御部、３…操作部、４…表示部、５，６，７…インバータ、１０…低温側冷凍サイクル、１１…低温側圧縮機、１２…四方弁、１３…カスケード熱交換器、１３ａ…低温側流路、１３ｂ…高温側流路、１６…室外空気熱交換器、１８…室外ファン、２０…高温側冷凍サイクル、２１…高温側圧縮機、２２…四方弁、２３…水・冷媒熱交換器、２３ａ…冷媒側流路、２３ｂ…水側流路、３０…水回路、４１…水熱交換器、４２…タンク、５３…外気温度センサ、７１…水温度センサ、７２…水温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、２つの冷凍サイクルをカスケード接続した二元冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カスケード接続した２つの冷凍サイクルを備え、一方の冷凍サイクルの運転により例えば外気から熱を汲み上げ、その汲み上げ熱を他方の冷凍サイクルの運転によりさらに加熱した状態で利用側へ供給する二元冷凍サイクル装置が開発され、製品化されつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７１１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２つの冷凍サイクルが連係運転する二元冷凍サイクル装置では、エネルギー消費効率いわゆるＣＯＰ（Coefficient Of Performance）を高め、より少ない電力でより高い加熱能力が得られることが望まれる。
【０００５】
本発明の実施形態の目的は、ＣＯＰを高め、より少ない電力でより高い加熱能力が得られる二元冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の二元冷凍サイクル装置は、低温側圧縮機、カスケード熱交換器の低温側流路、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルと、高温側圧縮機、水・冷媒熱交換器の冷媒側流路、減圧器、前記カスケード熱交換器の高温側流路を冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、負荷側の水を前記水・冷媒熱交換器の水側流路に通す水回路と、当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または前記高温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和蒸発温度を前記水・冷媒熱交換器への入水温度および外気温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを予め保持し、実際の入水温度および外気温度に基づく前記データテーブルの参照により前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度の最適値を求め、実際の前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度が前記最適値となるよう、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機の運転能力を調整する制御手段と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】各実施形態の構成を示す図。
【図２】各実施形態における各冷凍サイクルのモリエル線図。
【図３】各実施形態におけるカスケード温度とＣＯＰの対応を示す図。
【図４】第２の実施形態の制御を示すフローチャート。
【図５】第２の実施形態における最大加熱能力時の外気温度と各運転周波数の関係を示す図。
【図６】第２の実施形態における最大加熱能力時の外気温度と運転周波数比率の関係を示す図。
【図７】第２の実施形態においてカスケード温度を最適値に維持したまま運転周波数を最低値まで下げた場合の外気温度と運転周波数の関係を示す図。
【図８】第２の実施形態においてカスケード温度を最適値に維持したまま運転周波数を最低値まで下げた場合の外気温度と運転周波数比率の関係を示す図。
【図９】第３の実施形態の制御を示すフローチャート。
【図１０】第４の実施形態の制御を示すフローチャート。
【図１１】第５の実施形態の制御を示すフローチャート。
【図１２】第５の実施形態におけるカスケード温度の調節とそれに伴うＣＯＰの変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［１］第１の実施形態について説明する。
図１において、１は二元冷凍サイクル装置で、低温側冷凍サイクル１０、高温側冷凍サイクル２０、および水回路３０を有する。
【０００９】
低温側冷凍サイクル１０は、低温側圧縮機１１、四方弁１２、カスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａ、レシーバ１４、減圧器例えば電動膨張弁１５、空気熱交換器１６、上記四方弁１２、およびアキュームレータ１７を冷媒配管により連通したヒートポンプ式冷凍サイクルであり、空気熱交換器１６と対向する位置にファン１８を配置している。低温側圧縮機１１の吐出口から吐出される冷媒は、矢印で示すように、四方弁１２を通ってカスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａに流れ、そこで凝縮する。このカスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａを経た冷媒は、レシーバ１４および電動膨張弁１５を通って空気熱交換器１６に流れ、そこで蒸発する。そして、空気熱交換器１６を経た冷媒は、四方弁１２およびアキュームレータ１７を通って低温側圧縮機１１の吸込口に吸込まれる。すなわち、カスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａが凝縮器、空気熱交換器１６が蒸発器として機能することにより、外気から熱を汲み上げてそれを高温側冷凍サイクル２０に供給する。
【００１０】
この低温側冷凍サイクル１０において、低温側圧縮機１１の吐出口と四方弁１２との間の冷媒配管に、吐出冷媒の圧力Ｐｄ-Lを検知する冷媒圧力センサ５１を取付ける。カスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａとレシーバ１４との間の冷媒配管に、カスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａから流出する冷媒の温度Ｔｆ-Lを検知する冷媒温度センサ５２を取付ける。ファン１８の吸込み風路に、外気温度Ｔｏを検知する外気温度センサ５３を取付ける。四方弁１２とアキュームレータ１７との間の冷媒配管に、低温側圧縮機１１への吸込み冷媒の温度Ｔｓ-Lを検知する冷媒温度センサ５４を取付ける。アキュームレータ１７と低温側圧縮機１１の吸込口との間の冷媒配管に、吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Lを検知する冷媒圧力センサ５５を取付ける。
【００１１】
高温側冷凍サイクル２０は、高温側圧縮機２１、四方弁２２、水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａ、レシーバ２４、減圧器例えば電動膨張弁２５、上記カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂ、上記四方弁２２、およびアキュームレータ２７を冷媒配管により連通したヒートポンプ式冷凍サイクルである。高温側圧縮機２１の吐出口から吐出される冷媒は、矢印で示すように、四方弁２２を通って水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａに流れ、そこで凝縮する。この水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａを経た冷媒は、レシーバ２４および電動膨張弁２５を通ってカスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂに流れ、そこで蒸発する。そして、カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂを経た冷媒は、四方弁２２およびアキュームレータ２７を通って高温側圧縮機２１の吸込口に吸込まれる。すなわち、水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａが凝縮器、カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂが蒸発器として機能することにより、低温側冷凍サイクル１０の汲み上げ熱を吸収してそれを水回路３０に供給する。
【００１２】
この高温側冷凍サイクル２０において、高温側圧縮機２１の吐出口と四方弁２２との間の冷媒配管に、吐出冷媒の圧力Ｐｄ-Hを検知する冷媒圧力センサ６１を取付ける。水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａとレシーバ２４との間の冷媒配管に、水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３ａから流出する冷媒の温度Ｔｆ-Hを検知する冷媒温度センサ６２を取付ける。四方弁２２とアキュームレータ２７との間の冷媒配管に、高温側圧縮機２１への吸込み冷媒の温度Ｔｓ-Hを検知する冷媒温度センサ６４を取付ける。アキュームレータ２７と高温側圧縮機２１の吸込口との間の冷媒配管に、吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Hを検知する冷媒圧力センサ６５を取付ける。
【００１３】
上記カスケード熱交換器１３により、低温側冷凍サイクル１０と高温側冷凍サイクル２０が互いにカスケード接続されて連係状態となる。
【００１４】
水回路３０は、ポンプ３１および上記水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂを水配管により連通したもので、負荷側の水をポンプ３１の運転により水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂに通す。この水側流路２３ｂを経た水が水熱交換器４１の熱源側流路４１ａを通ってタンク４２に流れ、そのタンク４２内の水がポンプ３１の運転により水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂに流れる。水熱交換器４１の利用側流路４１ｂには、利用側の水配管が接続される。
【００１５】
この水回路３０において、ポンプ３１より上流側の水配管に、水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂへの入水温度Ｔｗｉを検知する水温度センサ７１を取付ける。水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂより下流側の水配管に、水・冷媒熱交換器２３の水側流路２３ｂからの出水温度Ｔｗｏを検知する水温度センサ７２を取付ける。
【００１６】
また、二元冷凍サイクル装置１は、制御部２、操作部３、表示部４、およびインバータ５，６，７を有する。制御部２には冷媒圧力センサ５１、冷媒温度センサ５２等の各センサが接続され、制御部２は、当該装置全体を制御する。操作部３は、運転・停止釦や温度設定釦等を含む。表示部４は、当該装置の運転状態を文字や画像で表示する。インバータ５，６，７は、商用交流電源８の交流電圧を整流し、整流後の直流電圧を制御部２からの指令に応じた周波数およびレベルの直流電圧に変換し、それを上記低温側圧縮機１１、上記高温側圧縮機２１、上記ポンプ３１に対する駆動電圧として出力する。以下、インバータ５の出力周波数のことを低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１という。インバータ６の出力周波数のことを高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２という。
【００１７】
とくに、制御部２は、主要な機能として、次の（１）（２）の制御手段を有する。
（１）水温度センサ７２で検知される流出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め設定された設定値一定となるよう、低温側圧縮機１１の運転能力（運転周波数Ｆ１に相当する）および高温側圧縮機２１の運転能力（運転周波数Ｆ２に相当する）を制御する第１制御手段。
【００１８】
（２）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときの高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度（＝高温側流路１３ｂにおける冷媒の飽和蒸発温度）Ｔe-Hを水・冷媒熱交換器２３への入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、実際に水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により上記飽和蒸発温度の最適値を求め、実際の飽和蒸発温度Ｔe-Hがその最適値となるよう、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１および高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２を調整する第２制御手段。飽和蒸発温度Ｔe-Hは、冷媒圧力センサ６５で検知される吸込み冷媒圧力Ｐｓ-Hから算出する。
【００１９】
低温側冷凍サイクル１０および高温側冷凍サイクル２０のモリエル線図を図２に示す。低温側冷凍サイクル１０における冷媒の飽和凝縮温度（＝カスケード熱交換器１３の低温側流路１３aにおける冷媒の飽和凝縮温度）Ｔｃ-Lおよび高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度Ｔｅ-Hは、互いに交差した形で近似し、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１および高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の変化に伴い上下動する。Ｓｃ-Lは、飽和凝縮温度Ｔｃ-Lとカスケード熱交換器１３の低温側流路１３ａから流出する冷媒の温度Ｔｆ-Lとの差に相当する過冷却度（サブクール）である。Ｓｈ-Hは、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度（＝カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂにおける冷媒の飽和蒸発温度）Ｔｅ-Hと高温側圧縮機２１に吸込まれる冷媒の温度Ｔｓ-Hとの差に相当する過熱度（スーパーヒート）である。Ｓｃ-Hは、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和凝縮温度（＝水・冷媒熱交換器２３の冷媒側流路２３aにおける冷媒の飽和凝縮温度）Ｔｃ-Hと冷媒側流路２３aから流出する冷媒の温度Ｔｆ-Hと差に相当する過冷却度（サブクール）である。
【００２０】
二元冷凍サイクル装置１のエネルギー消費効率いわゆるＣＯＰ（Coefficient Of Performance）は、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和凝縮温度Ｔｃ−Hと低温側冷凍サイクル１０における冷媒の飽和蒸発温度Ｔｅ−Lを所定値に固定したとき、図３に示すように、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度（以下、カスケード温度という）Ｔｅ-Hに応じて変動する。また、このＣＯＰが最大となるときのカスケード温度Ｔｅ-Hは、前記飽和凝縮温度Ｔｃ−Hと飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに応じて変動する。したがって、飽和凝縮温度Ｔｃ−Hと飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに応じて、ＣＯＰが最大となるカスケード温度Ｔｅ-Hの最適値を求め、実際のカスケード温度Ｔｅ-Hがその最適値となるよう、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１および高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２を調整すればよい。しかしながら、飽和凝縮温度Ｔｃ−Hおよび飽和蒸発温度Ｔｅ−Lは、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１および高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２等が変動すると大きく変動する。そのため、飽和凝縮温度Ｔｃ−Hおよび飽和蒸発温度Ｔｅ−Lの温度変動の大きいときに、この飽和凝縮温度Ｔｃ−Hおよび飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに応じてカスケード温度Ｔｅ-Hの制御を行なうと、制御がいつまでも安定しないという不具合が生じる。そこで、飽和凝縮温度Ｔｃ−Hに代えて飽和凝縮温度Ｔｃ−Hに関係する入水温度Ｔｗｉを用い、飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに代えて飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに関係する外気温度Ｔｏを用いる。これらの入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏは、変動が少ないため、早期にカスケード温度Ｔｅ-Hを安定させることができる。
【００２１】
入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏに応じてＣＯＰが最大となるカスケード温度Ｔｅ-Hを実験により求め、求めた値を最適値として制御部２の内部メモリに予め保持している。
【００２２】
カスケード温度Ｔｅ-Hは、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２と一定とした場合、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１が増加することにより上昇し、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１が減少することにより低下する。また、カスケード温度Ｔｅ-Hは、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を一定とした場合、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ１が減少することにより上昇し、高温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１が増加することにより低下する。
【００２３】
以上のように、変化の少ない入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏに基づいて実際のカスケード温度Ｔｅ-Hがその最適値となるよう、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１および高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２を調整することにより、早期にカスケード温度Ｔｅ-Hを安定させることができ、二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを最大点まで高めることができる。これにより、より少ない電力でより高い加熱能力を高温側冷凍サイクル２０から得ることができる。
【００２４】
［２］第２の実施形態について説明する。
制御部２は、主要な機能として、次の（１１）（１２）の制御手段を有する。
（１１）水温度センサ７２で検知される出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め定められた設定値一定となるよう、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する第１制御手段。
【００２５】
（１２）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときの低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１と高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２との比率を水・冷媒熱交換器２３への入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、実際に水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により上記比率の最適値（以下、最適比率という）を求め、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２を上記第１制御手段により制御される低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１と上記最適比率とに応じた値に設定する第２制御手段。
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００２６】
制御部２の制御を図４のフローチャートを参照しながら説明する。
水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１と高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２との最適比率を求める（ステップ１０１）。
【００２７】
水温度センサ７１により検知される流出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め設定された設定値一定となるよう、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する（ステップ１０２）。このとき、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２は暫定的に所定値一定とする。
【００２８】
そして、上記制御した運転周波数Ｆ１と上記求めた最適比率とに基づく演算により、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の最適値を求める（ステップ１０３）。そして、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２を上記所定値から上記求めた最適値へと設定する（ステップ１０４）。
【００２９】
当該二元冷凍サイクル装置１の最大加熱能力時の外気温度Ｔｏと運転周波数Ｆ１，Ｆ２の関係を図５に示し、同最大加熱能力時の外気温度Ｔｏと運転周波数Ｆ１，Ｆ２の比率との関係を図６に示す。カスケード温度Ｔｅ-Hを最適値に維持したまま運転周波数Ｆ１，Ｆ２をそれぞれ最低値まで下げた場合の最低加熱能力時の外気温度Ｔｏと運転周波数Ｆ１，Ｆ２の関係を図７に示し、同最低加熱能力時の外気温度Ｔｏと運転周波数Ｆ１，Ｆ２の比率との関係を図８に示す。
【００３０】
これらのデータから、最大加熱能力時の運転周波数Ｆ１，Ｆ２の比率と最低加熱能力時の運転周波数Ｆ１，Ｆ２の比率との間にほとんど差がないことが分かる。
【００３１】
最適なカスケード温度Ｔｅ-Hを求める要素としては、利用側の負荷変動に伴う当該二元冷凍サイクル装置１の加熱能力変動の影響を受け難い入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏが最適である。すなわち、水・冷媒熱交換器２３に流入する水は、利用側のタンク４２から導かれる水であるため、利用側の水の使用量にかかわらず、温度変化が小さい。外気温度Ｔｏも、利用側の水の使用量とは関係なく、変化が小さい。
【００３２】
以上のように、変化の少ない入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏから運転周波数Ｆ１，Ｆ２の最適比率を求め、その最適比率に基づいて運転周波数Ｆ２を調整することにより、前記第１の実施形態と同様の効果を有し、二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを最大点まで高めることができる。これにより、より少ない電力でより高い加熱能力を高温側冷凍サイクル２０から得ることができ。特に、本第２の実施形態は、運転周波数Ｆ１，Ｆ２の最適比率を求め、その最適比率に基づいて運転周波数を調整するものであることから、二元冷凍サイクルでありながら、シンプルな制御を実現できる。
【００３３】
［３］第３の実施形態について説明する。
制御部２は、主要な機能として、次の（２１）〜（２３）の制御手段を有する。
（２１）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときのカスケード温度Ｔｅ-Hを入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、実際に水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第１目標値を求める第１制御手段。
【００３４】
（２２）水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め定められた設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する第２制御手段。
【００３５】
（２３）一定時間経過後に高温側圧縮機２１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Hから算出した現在のカスケード温度Ｔｅ-H を前記第１制御手段で算出した第１目標値と比較し、一致していなかった場合に、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求め、その加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記第１目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２、Ｆ１を調整する第３制御手段。
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００３６】
制御部２の制御を図９のフローチャートを参照しながら説明する。
水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第１目標値を求める（ステップ２０１）。そして、水温度センサ７２により検知される流出水温度Ｔｗｏと設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する（ステップ２０２）。このとき、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２は暫定的に所定値一定とする。
【００３７】
この運転周波数Ｆ１の制御と同時にタイムカウントｔを開始し（ステップ２０３）、そのタイムカウントｔが一定時間ｔ１に達すると（ステップ２０４のＹＥＳ）、現在の高温側圧縮機２１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Hから算出したカスケード温度Ｔｅ-H が第１目標値と一致しているかを判定する（ステップ２０５）。一定時間ｔ１は、運転周波数Ｆ１の増減が実際の加熱能力の変化として波及するまでに要する一般的な時間である。
【００３８】
一致している場合は（ステップ２０５のＹＥＳ）、ステップ２０６〜２０８の処理をスキップする。
【００３９】
不一致の場合は（ステップ２０５のＮＯ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求める（ステップ２０６）。高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを飽和蒸発温度Ｔｅ-H、過熱度Ｓｅ-H、飽和凝縮温度Ｔｃ-H、過冷却度Ｓｃ-H、および運転周波数Ｆ２をパラメータとして求めるためのデータテーブルまたは演算式が制御部２の内部メモリに予め保持されており、各パラメータの実際値に基づく同データテーブルの参照または演算式の実行により、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求めることができる。
【００４０】
続いて、上記求めた加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記第１目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め（ステップ２０７）、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する（ステップ２０８）。
【００４１】
続いて、水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏと上記設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まっているかどうかを判定する（ステップ２０９）。差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まらないうちは（ステップの２０９のＮＯ）、ステップ２０１〜２０８の処理を繰り返す。
【００４２】
差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まると（ステップ２０９のＹＥＳ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hが安定域に入ったと判断する（ステップ２１０）。
【００４３】
以上の制御により、前記第１の実施形態と同様の効果を有し、二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを最大点まで高めることができる。これにより、より少ない電力でより高い加熱能力を高温側冷凍サイクル２０から得ることができ。特に、本第３の実施形態は、カスケード温度Ｔｅ-Hをより正確に制御することができる。
【００４４】
なお、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度（＝カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂにおける冷媒の飽和蒸発温度）Ｔｅ-Hをカスケード温度として用いたが、低温側冷凍サイクル１０における冷媒の飽和凝縮温度Ｔｃ-Lをカスケード温度として用いてもよい。飽和蒸発温度Ｔｅ-Hは、冷媒圧力センサ６５で検知される吸込み冷媒圧力Ｐｓ-Hから算出できる。
【００４５】
［４］第４の実施形態について説明する。
制御部２は、主要な機能として、次の（３１）〜（３５）の制御手段を有する。
（３１）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときのカスケード温度Ｔｅ-Hを入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、実際に水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第１目標値を求める第１制御手段。
【００４６】
（３２）水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め定められた設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する第２制御手段。
【００４７】
（３３）前記低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の制御開始から一定時間経過後に高温側圧縮機２１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Hから算出したカスケード温度Ｔｅ-H を前記第１制御手段で算出した目標値と比較し、一致していなかった場合に高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求め、その加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２、Ｆ１とを調整する第３制御手段。
【００４８】
（３４）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときのカスケード温度Ｔｅ-Hを高温側圧縮機２１の吐出冷媒の圧力Ｐｄ-Hから算出される高温側冷凍サイクル２０の飽和凝縮温度Ｔｃ-Hおよび低温側圧縮機１１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Lから算出される低温側冷凍サイクル１０の飽和蒸発温度Ｔｅ−Lをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、水温度センサ７１により検知される流出水温度Ｔｗｏと設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まったとき、実際に算出される前記飽和凝縮温度Ｔｃ-Hおよび飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第２目標値を求める第４制御手段と、
（３５）前記ΔＴｗｏが一定範囲内に収まったとき、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求め、この加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記第２目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する第５制御手段。
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００４９】
制御部２の制御を図１０のフローチャートを参照しながら説明する。
水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第１目標値を求める（ステップ３０１）。そして、水温度センサ７２により検知される流出水温度Ｔｗｏと設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する（ステップ３０２）。このとき、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２は暫定的に所定値一定とする。
【００５０】
この運転周波数Ｆ１の制御と同時にタイムカウントｔを開始し（ステップ３０３）、そのタイムカウントｔが一定時間ｔ１に達すると（ステップ３０４のＹＥＳ）、現在の高温側圧縮機２１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-H から算出したカスケード温度Ｔｅ-H が目標値と一致しているかを判定する（ステップ３０５）。一定時間ｔ１は、運転周波数Ｆ１の増減が実際の加熱能力の変化として波及するまでに要する一般的な時間である。
【００５１】
一致している場合は（ステップ３０５のＹＥＳ）、ステップ３０６〜３０８の処理をスキップする。
【００５２】
不一致の場合は（ステップ３０５のＮＯ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求める（ステップ３０６）。高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを飽和蒸発温度Ｔｅ-H、過熱度Ｓｅ-H、飽和凝縮温度Ｔｃ-H、過冷却度Ｓｃ-H、および運転周波数Ｆ２をパラメータとして求めるためのデータテーブルまたは演算式が制御部２の内部メモリに予め保持されており、各パラメータの実際値に基づく同データテーブルの参照または演算式の実行により、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求めることができる。
【００５３】
続いて、上記求めた加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記第１目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め（ステップ３０７）、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する（ステップ３０８）。
【００５４】
続いて、水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏと上記設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まっているかどうかを判定する（ステップ３０９）。差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まらないうちは（ステップ３０９のＮＯ）、ステップ３０１〜３０８の処理を繰り返す。
【００５５】
差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まると（ステップ３０９のＹＥＳ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hが安定域に入ったとの判断し、高温側圧縮機２１の吐出冷媒の圧力Ｐｄ-Hから算出される高温側冷凍サイクル２０の飽和凝縮温度Ｔｃ-Hと、低温側圧縮機１１の吸込み冷媒の圧力Ｐｓ-Lから算出される低温側冷凍サイクル１０の飽和蒸発温度Ｔｅ−L に基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの第２目標値を求める。（ステップ３１０）。続いて、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hをステップ３０６と同様に求める（ステップ３１１）。そして、求めた加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが第２目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め（ステップ３１２）、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する（ステップ３１３）。
【００５６】
以上の制御により、前記第１の実施の形態と同様の効果を得られ、二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを最大点まで高めることができる。これにより、より少ない電力でより高い加熱能力を高温側冷凍サイクル２０から得ることができる。特に本第４実施の形態は、出水温度Ｔｗｏと上記設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まり、加熱能力の変化やファン１８の回転数の変化が少ない安定期に移行した後に、本来の飽和凝縮温度Ｔｃ−Hと飽和蒸発温度Ｔｅ−Lに応じてカスケード温度Ｔｅ-Hを制御するようにしたので、より精度の高い制御を行うことができる。
【００５７】
なお、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度（＝カスケード熱交換器１３の高温側流路１３ｂにおける冷媒の飽和蒸発温度）Ｔｅ-Hをカスケード温度として用いたが、低温側冷凍サイクル１０における冷媒の飽和凝縮温度Ｔｃ-Lをカスケード温度として用いてもよい。飽和蒸発温度Ｔｅ-Hは、冷媒圧力センサ６５で検知される吸込み冷媒圧力Ｐｓ−Ｈから算出できる。
【００５８】
［５］第５の実施形態について説明する。
制御部２は、主要な機能として、次の（４１）〜（４６）の制御手段を有する。
（４１）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰが最大となるときのカスケード温度Ｔｅ-Hを入水温度Ｔｗｉおよび外気温度Ｔｏをパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、実際に水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの目標値を求める第１制御手段。
【００５９】
（４２）当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを演算により求め、カスケード温度Ｔｅ-Hと共に内部メモリに記憶する第２制御手段。
【００６０】
（４３）水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏが操作部３で予め定められた設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する第３制御手段。
【００６１】
（４４）前記低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の制御開始から一定時間経過後に算出したカスケード温度Ｔｅ-Hを前記第１制御手段で算出した目標値と比較して一致していなかった場合に、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求め、その加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する第４制御手段。
【００６２】
（４５）水温度センサ７１により検知される出水温度Ｔｗｏと設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まったとき、記憶しているカスケード温度Ｔｅ-Hの変化量 に対するＣＯＰの変化量の割合が許容範囲内に収まっているか判定する第５制御手段。
（４６）カスケード温度Ｔｅ-H の変化量に対するＣＯＰの変化量の割合が許容範囲内に収まっていない時、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求め、カスケード温度Ｔｅ-H の変化量に対するＣＯＰの変化量の割合がＣＯＰ最大値を含む許容範囲内に収まるまで、低温側圧縮機１１と高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ１とＦ２を微調整する第６制御手段。
【００６３】
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００６４】
制御部２の制御を図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
水温度センサ７１により検知される入水温度Ｔｗｉおよび外気温度センサ５３により検知される外気温度Ｔｏに基づく上記データテーブルの参照により、カスケード温度Ｔｅ-Hの目標値を求める（ステップ４０１）。
【００６５】
また、下式の演算により、当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを求める（ステップ４０２）。下式において、Ｗ１は低温側圧縮機１１への入力電力（＝インバータ５の出力電力）、Ｗ２は高温側圧縮機２１への入力電力（＝インバータ６の出力電力）、Ｗ３は室外ファン１８への入力電力（＝インバータ７の出力電力）である。求めたＣＯＰは、現時点のカスケード温度Ｔｅ-Hと共に内部メモリに更新記憶する（ステップ４０３）。
ＣＯＰ＝Ｈeat-H／（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）
そして、水温度センサ７２により検知される流出水温度Ｔｗｏと設定値との差ΔＴｗｏがなくなる方向に、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１を制御する（ステップ４０４）。このとき、高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２は暫定的に所定値一定とする。
【００６６】
この運転周波数Ｆ１の制御と同時にタイムカウントｔを開始し（ステップ４０５）、そのタイムカウントｔが一定時間ｔ１に達すると（ステップ４０６のＹＥＳ）、現在のカスケード温度Ｔｅ-H が目標値と一致しているかを判定する（ステップ４０７）。一定時間ｔ１は、運転周波数Ｆ１の増減が実際の加熱能力の変化として波及するまでに要する一般的な時間である。
【００６７】
一致している場合は（ステップ４０７のＹＥＳ）、ステップ４０８〜４１０の処理をスキップする。
【００６８】
不一致の場合は（ステップ４０７のＮＯ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求める（ステップ４０８）。
【００６９】
高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを飽和蒸発温度Ｔｅ-H、過熱度Ｓｈ-H、飽和凝縮温度Ｔｃ-H、過冷却度Ｓｃ-H、および運転周波数Ｆ２をパラメータとして求めるためのデータテーブルまたは演算式が制御部２の内部メモリに予め保持されており、各パラメータの実際値に基づく同データテーブルの参照または演算式の実行により、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hを求めることができる。
【００７０】
続いて、上記求めた加熱能力Ｈeat-Hのままカスケード温度Ｔｅ-Hが上記目標値に至るのに必要な高温側圧縮機２１の運転周波数Ｆ２の調整量ΔＦ２と、低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ１の調整量ΔＦ１とを求め（ステップ４０９）、この調整量ΔＦ２とΔＦ１だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを調整する（ステップ４１０）。
【００７１】
続いて、水温度センサ７２により検知される出水温度Ｔｗｏと上記設定値との差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まっているかどうかを判定する（ステップ４１１）。差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まらないうちは（ステップ４１１のＮＯ）、ステップ４０１〜４１０の処理を繰り返す。
【００７２】
差ΔＴｗｏが一定範囲内に収まると（ステップ４１１のＹＥＳ）、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hが安定域に入ったとの判断し、記憶している前回のＣＯＰおよびカスケード温度Ｔｅ-Hと現時点のＣＯＰおよびカスケード温度Ｔｅ-Hとの比較によりカスケード温度Ｔｅ-Hの変化に対するＣＯＰの変化傾向を算出する（ステップ４１２）。
【００７３】
この変化傾向に応じて、最大ＣＯＰがカスケード温度Ｔｅ-Hの上昇／下降のいずれの方向にあるのかを判断して、運転周波数Ｆ１，Ｆ２を微調整する（ステップ４１３〜４１６）。
【００７４】
より具体的には、記憶している前回のＣＯＰと現時点のＣＯＰとの差ΔＣＯＰを求めるとともに、記憶している前回のカスケード温度Ｔｅ-Hと現時点のカスケード温度Ｔｅ-Hとの差ΔＴｅ-Hを求め、これらΔＣＯＰとΔＴｅ-Hの比Ｘ（＝ΔＣＯＰ／ΔＴｅ-H）をＣＯＰの変化傾向として算出する（ステップ４１２）。続いて、この比Ｘが許容範囲（−λ≦Ｘ＜λ）に収まっているかを判定する（ステップ４１３）。許容範囲内に収まっていれば、最初のステップ４０１の処理に戻る。
【００７５】
許容範囲内に収まっていなければ、高温側冷凍サイクル２０の加熱能力Ｈeat-Hをステップ４０８と同様に求める（ステップ４１４）。
【００７６】
上記比Ｘが許容範囲より大きい場合（λ＜Ｘ）、カスケード温度Ｔｅ-Hの低下に伴いＣＯＰが低下したケースと、カスケード温度Ｔｅ-Hの上昇に伴いＣＯＰが上昇したケースとが考えられ、かつ現時点のＣＯＰが図１２に示す最大ＣＯＰより手前のＡ領域にあるとの判断の下に、加熱能力Ｈeat-Hのままでカスケード温度Ｔｅ-Hを微増するため、運転周波数Ｆ１の微増値ΔＦ１と、運転周波数Ｆ２の微減値ΔＦ２を算出する（ステップ４１５）。
【００７７】
上記比Ｘが許容範囲より小さい場合（Ｘ＜−λ）、カスケード温度Ｔｅ-Hの低下に伴いＣＯＰが上昇したケースと、カスケード温度Ｔｅ-Hの上昇に伴いＣＯＰが低下したケースとが考えられ、かつ現時点のＣＯＰが図１２に示す最大ＣＯＰを通り過ぎたＢ領域にあるとの判断の下に、加熱能力Ｈeat-Hのままでカスケード温度Ｔｅ-Hを微減するため、運転周波数Ｆ１の微減値ΔＦ１と、運転周波数Ｆ２の微増値ΔＦ２を算出する（ステップ４１５）。
【００７８】
続いて、この調整量ΔＦ１とΔＦ２だけ、高温側圧縮機２１と低温側圧縮機１１の運転周波数Ｆ２とＦ１とを微調整する。（ステップ４１６）。次に、ステップ４０２と同一の式の演算により、当該二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを求める（ステップ４１７）。求めたＣＯＰは、現時点のカスケード温度Ｔｅ-Hと共に内部メモリに更新記憶する（ステップ４１８）。
【００７９】
比Ｘが許容範囲に収まるまで、この微調整を繰り返す。
【００８０】
以上の制御により、前記第１の実施形態と同様の効果を有し、二元冷凍サイクル装置１のＣＯＰを最大点まで高めることができる。これにより、より少ない電力でより高い加熱能力を高温側冷凍サイクル２０から得ることができる。特に本第５の実施形態は、加熱能力の調整操作を減少させながら、カスケード温度を精度よく制御することができる。
【００８１】
［６］変形例
上記各実施形態では、高温側冷凍サイクル２０における冷媒の飽和蒸発温度Ｔｅ-Hをカスケード温度として用いたが、低温側冷凍サイクル１０における冷媒の飽和凝縮温度（＝カスケード熱交換器の低温側流路１３ａにおける冷媒の飽和凝縮温度）Ｔｃ-Lをカスケード温度として用いてもよい。飽和凝縮温度Ｔc-Lは、冷媒圧力センサ５５で検知される吸込み冷媒圧力Ｐｓから算出できる。
【００８２】
その他、各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
１…二元冷凍サイクル装置、２…制御部、３…操作部、４…表示部、５，６，７…インバータ、１０…低温側冷凍サイクル、１１…低温側圧縮機、１２…四方弁、１３…カスケード熱交換器、１３ａ…低温側流路、１３ｂ…高温側流路、１６…室外空気熱交換器、１８…室外ファン、２０…高温側冷凍サイクル、２１…高温側圧縮機、２２…四方弁、２３…水・冷媒熱交換器、２３ａ…冷媒側流路、２３ｂ…水側流路、３０…水回路、４１…水熱交換器、４２…タンク、５３…外気温度センサ、７１…水温度センサ、７２…水温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温側圧縮機、カスケード熱交換器の低温側流路、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルと、
高温側圧縮機、水・冷媒熱交換器の冷媒側流路、減圧器、前記カスケード熱交換器の高温側流路を冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、
負荷側の水を前記水・冷媒熱交換器の水側流路に通す水回路と、
当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または前記高温側冷凍サイクルの冷媒における飽和蒸発温度を前記水・冷媒熱交換器への入水温度および外気温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを予め保持し、実際の入水温度および外気温度に基づく前記データテーブルの参照により前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度の最適値を求め、実際の前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度が前記最適値となるよう、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機の運転周波数を調整する制御手段と、
を備えることを特徴とする二元冷凍サイクル装置。
【請求項２】
低温側圧縮機、カスケード交換器の低温側流路、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルと、
高温側圧縮機、水・冷媒熱交換器の冷媒側流路、減圧器、前記カスケード熱交換器の高温側流路を冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、
負荷側の水を前記水・冷媒熱交換器の水側流路に通す水回路と、
前記水・冷媒熱交換器から流出する水の温度が予め定められた設定値一定となるよう、前記低温側圧縮機の運転能力を制御する第１制御手段と、
当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側圧縮機の運転周波数と前記高温側圧縮機の運転周波数との比率を前記水・冷媒熱交換器への入水温度および外気温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを予め保持し、実際の入水温度および外気温度に基づく前記データテーブルの参照により前記比率の最適値を求め、前記高温側圧縮機の運転周波数を前記第１制御手段により制御される前記低温側圧縮機の運転周波数と前記最適比率とに応じた値に設定する第２制御手段と、
を備えることを特徴とする二元冷凍サイクル装置。
【請求項３】
低温側圧縮機、カスケード熱交換器の低温側流路、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルと、
高温側圧縮機、水・冷媒熱交換器の冷媒側流路、減圧器、前記カスケード熱交換器の高温側流路を冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、
負荷側の水を前記水・冷媒熱交換器の水側流路に通す水回路と、
当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または前記高温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和蒸発温度を前記水・冷媒熱交換器への入水温度および外気温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを予め保持し、実際の入水温度および外気温度に基づく前記データテーブルの参照により、前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度の第１目標値を求める第１制御手段と、
前記水・冷媒熱交換器からの出水温度と予め定められた設定値との差がなくなる方向に前記低温側圧縮機の運転能力を制御する第２制御手段と、
前記高温側冷凍サイクルの加熱能力を求め、この加熱能力のまま前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度が前記第１目標値に至るのに必要な前記高温側圧縮機および前記低温側圧縮機の運転周波数の調整量を求め、この調整量だけ前記高温側圧縮機および前記低温側圧縮機の運転周波数を調整する第３制御手段と、
を備えることを特徴とする二元冷凍サイクル装置。
【請求項４】
当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または前記高温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和蒸発温度を前記高温側冷凍サイクルの飽和凝縮温度および前記低温側冷凍サイクルの飽和蒸発温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、前記出水温度と設定値との差が一定範囲内に収まったとき、実際の前記飽和凝縮温度および飽和蒸発温度に基づく前記データテーブルの参照により、前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度の第２目標値を求める第４制御手段と、
前記出水温度と前記設定値との差が一定範囲内に収まったとき、前記高温側冷凍サイクルの加熱能力を求め、この加熱能力のまま前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度が前記第２目標値に至るのに必要な前記高温側圧縮機と前記低温側圧縮機の運転周波数の調整量を求め、この調整量だけ前記高温側圧縮機と前記低温側圧縮機の運転周波数を調整する第５制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の二元冷凍サイクル装置。
【請求項５】
低温側圧縮機、カスケード熱交換器の低温側流路、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルと、
高温側圧縮機、水・冷媒熱交換器の冷媒側流路、減圧器、前記カスケード熱交換器の高温側流路を冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、
負荷側の水を前記水・冷媒熱交換器の水側流路に通す水回路と、
当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または前記高温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和蒸発温度を前記水・冷媒熱交換器への入水温度および外気温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを予め保持し、実際の入水温度および外気温度に基づく前記データテーブルの参照により、前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度の目標値を求める第１制御手段と、
当該装置のＣＯＰを演算により求め、前記飽和凝縮温度または飽和蒸発温度と共に記憶する第２制御手段と、
前記水・冷媒熱交換器からの出水温度と予め定められた設定値との差がなくなる方向に前記低温側圧縮機の運転能力を制御する第３制御手段と、
前記高温側冷凍サイクルの加熱能力を求め、この加熱能力のまま前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度が前記目標値に至るのに必要な前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機の運転周波数の調整量を求め、この調整量だけ前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機の運転周波数を調整する第４制御手段と、
前記出水温度と前記設定値との差が一定範囲内に収まったとき、記憶している前記飽和凝縮温度または飽和蒸発温度の変化量に対するＣＯＰの変化量の割合が許容範囲内に収まっているかを判定する第５制御手段と、
前記飽和凝縮温度または飽和蒸発温度の変化量に対するＣＯＰの変化量の割合許容範囲内に収まっていない時、許容範囲内に収まるまで、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機の運転周波数を微調整する第６制御手段と、
を備えることを特徴とする二元冷凍サイクル装置。
【請求項１】
低温側圧縮機、カスケード熱交換器の低温側流路、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルと、
高温側圧縮機、水・冷媒熱交換器の冷媒側流路、減圧器、前記カスケード熱交換器の高温側流路を冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、
負荷側の水を前記水・冷媒熱交換器の水側流路に通す水回路と、
当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または前記高温側冷凍サイクルの冷媒における飽和蒸発温度を前記水・冷媒熱交換器への入水温度および外気温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを予め保持し、実際の入水温度および外気温度に基づく前記データテーブルの参照により前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度の最適値を求め、実際の前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度が前記最適値となるよう、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機の運転周波数を調整する制御手段と、
を備えることを特徴とする二元冷凍サイクル装置。
【請求項２】
低温側圧縮機、カスケード交換器の低温側流路、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルと、
高温側圧縮機、水・冷媒熱交換器の冷媒側流路、減圧器、前記カスケード熱交換器の高温側流路を冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、
負荷側の水を前記水・冷媒熱交換器の水側流路に通す水回路と、
前記水・冷媒熱交換器から流出する水の温度が予め定められた設定値一定となるよう、前記低温側圧縮機の運転能力を制御する第１制御手段と、
当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側圧縮機の運転周波数と前記高温側圧縮機の運転周波数との比率を前記水・冷媒熱交換器への入水温度および外気温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを予め保持し、実際の入水温度および外気温度に基づく前記データテーブルの参照により前記比率の最適値を求め、前記高温側圧縮機の運転周波数を前記第１制御手段により制御される前記低温側圧縮機の運転周波数と前記最適比率とに応じた値に設定する第２制御手段と、
を備えることを特徴とする二元冷凍サイクル装置。
【請求項３】
低温側圧縮機、カスケード熱交換器の低温側流路、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルと、
高温側圧縮機、水・冷媒熱交換器の冷媒側流路、減圧器、前記カスケード熱交換器の高温側流路を冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、
負荷側の水を前記水・冷媒熱交換器の水側流路に通す水回路と、
当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または前記高温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和蒸発温度を前記水・冷媒熱交換器への入水温度および外気温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを予め保持し、実際の入水温度および外気温度に基づく前記データテーブルの参照により、前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度の第１目標値を求める第１制御手段と、
前記水・冷媒熱交換器からの出水温度と予め定められた設定値との差がなくなる方向に前記低温側圧縮機の運転能力を制御する第２制御手段と、
前記高温側冷凍サイクルの加熱能力を求め、この加熱能力のまま前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度が前記第１目標値に至るのに必要な前記高温側圧縮機および前記低温側圧縮機の運転周波数の調整量を求め、この調整量だけ前記高温側圧縮機および前記低温側圧縮機の運転周波数を調整する第３制御手段と、
を備えることを特徴とする二元冷凍サイクル装置。
【請求項４】
当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または前記高温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和蒸発温度を前記高温側冷凍サイクルの飽和凝縮温度および前記低温側冷凍サイクルの飽和蒸発温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを内部メモリに予め保持し、前記出水温度と設定値との差が一定範囲内に収まったとき、実際の前記飽和凝縮温度および飽和蒸発温度に基づく前記データテーブルの参照により、前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度の第２目標値を求める第４制御手段と、
前記出水温度と前記設定値との差が一定範囲内に収まったとき、前記高温側冷凍サイクルの加熱能力を求め、この加熱能力のまま前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度が前記第２目標値に至るのに必要な前記高温側圧縮機と前記低温側圧縮機の運転周波数の調整量を求め、この調整量だけ前記高温側圧縮機と前記低温側圧縮機の運転周波数を調整する第５制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の二元冷凍サイクル装置。
【請求項５】
低温側圧縮機、カスケード熱交換器の低温側流路、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルと、
高温側圧縮機、水・冷媒熱交換器の冷媒側流路、減圧器、前記カスケード熱交換器の高温側流路を冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、
負荷側の水を前記水・冷媒熱交換器の水側流路に通す水回路と、
当該装置のＣＯＰが最大となるときの前記低温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和凝縮温度または前記高温側冷凍サイクルにおける冷媒の飽和蒸発温度を前記水・冷媒熱交換器への入水温度および外気温度をパラメータとして求めるためのデータテーブルを予め保持し、実際の入水温度および外気温度に基づく前記データテーブルの参照により、前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度の目標値を求める第１制御手段と、
当該装置のＣＯＰを演算により求め、前記飽和凝縮温度または飽和蒸発温度と共に記憶する第２制御手段と、
前記水・冷媒熱交換器からの出水温度と予め定められた設定値との差がなくなる方向に前記低温側圧縮機の運転能力を制御する第３制御手段と、
前記高温側冷凍サイクルの加熱能力を求め、この加熱能力のまま前記飽和凝縮温度または前記飽和蒸発温度が前記目標値に至るのに必要な前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機の運転周波数の調整量を求め、この調整量だけ前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機の運転周波数を調整する第４制御手段と、
前記出水温度と前記設定値との差が一定範囲内に収まったとき、記憶している前記飽和凝縮温度または飽和蒸発温度の変化量に対するＣＯＰの変化量の割合が許容範囲内に収まっているかを判定する第５制御手段と、
前記飽和凝縮温度または飽和蒸発温度の変化量に対するＣＯＰの変化量の割合許容範囲内に収まっていない時、許容範囲内に収まるまで、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機の運転周波数を微調整する第６制御手段と、
を備えることを特徴とする二元冷凍サイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１０４６３３（Ｐ２０１３−１０４６３３Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９９５１（Ｐ２０１１−２４９９５１）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（５０５４６１０７２）東芝キヤリア株式会社 (477)
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（５０５４６１０７２）東芝キヤリア株式会社 (477)
[ Back to top ]